一種高強度高精度小錐角零件製造方法與流程
2024-02-19 07:54:15
本發明涉及精確塑性加工技術領域，尤其涉及一種高強度高精度小錐角零件製造方法。
背景技術：
小錐角零件是機械製造中的一種常見零件，隨著科學技術的發展其應用日益廣泛，涉及航空、航天、壓力容器等諸多應用領域。
目前，小錐角零件的加工製造大多是卷焊或鍛環機加的工藝方法完成，其主要工藝不足如下：(a)產品強度低：產品強度與母材相近，整體強度相對較低，尤其是焊縫處強度削弱較為嚴重，往往不足母材的90％；(b)尺寸精度低：對於長錐類零件，鍛環機加產品的壁厚公差較大，往往超過0.2mm；卷焊產品的壁厚將引入板材壁厚偏差，此外，由於焊縫處存在焊接應力和焊接變形，產品圓度等較差，一致性也不好；(c)工序較多，生產效率較低；(d)產品使用風險隱患高：對於卷焊零件，焊縫檢測較為繁瑣，往往成為後續測試及使用的潛在風險隱患。
對於錐形零件，目前主要是採用板坯剪切旋壓的工藝方法獲得，但對於錐角不足15°的小錐角零件，由於傳統板坯剪切旋壓過程中的起皮、破裂等風險極高，存在技術瓶頸。因此，本發明將解決採用旋壓工藝獲得高強高精小錐角零件的核心技術問題。
技術實現要素：
本發明的目的就在於提供一種高強度高精度小錐角零件製造方法，以解決上述問題。
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是這樣的：一種高強度高精度小錐角零件製造方法，包括以下步驟：
1)採用機械加工方法獲得坯料；
2)採用冷旋壓工藝方法完成高強高精小錐角零件成形；
3)依據圖紙要求，完成後續機械加工，即得產品。
上述步驟1)中，坯料熱處理狀態是廠家可以直接供貨狀態，如O態、退火態等，無需再行熱處理，節約了大量生產成本和周期；
上述步驟2)中，加工獲得的零件強度高、精度好，一般強度可以達到母材的150％～200％，精度以直徑零件為例，壁厚公差可以控制在0.1mm以內，圓度公差可以控制在0.4mm以內等等；此外，採用冷旋壓工藝方法一次成形，整個過程無需加熱等，所需模具僅一套，生產效率高，製造成本低；
上述步驟3)中，機械加工主要是針對錐形零件端頭餘料等，加工難度極低，效率極高
作為優選的技術方案：步驟1)中，所述坯料的壁厚為產品壁厚的2～3倍，坯料長度為產品的1/3～1/2；進一步降低了機械加工的難度、成本及周期。
與現有技術相比，本發明的優點在於：
1)產品質量好：產品強度高、成形精度好，產品一致性好，成形後零件的組織和機械性能得到改善，抗拉強度從315MPa提升至415MPa以上，與傳統工藝相比，產品質量大大提高；
2)生產效率高：本發明坯料製備方法簡易，採用冷旋壓工藝一次成形獲得小錐角零件，操作簡單，生產工序大為簡化，旋壓加工節拍快，生產效率高了50％以上；
3)綠色環保：本發明使用冷加工方式獲得小錐角零件，相比傳統鍛環機加材料利用率提高了約40％、克服了卷焊過程氣體對人體的傷害風險等缺點，同時也節約了大量能源。
附圖說明
圖1為本發明實施例的小錐角零件示意圖；
圖2為本發明實施例的小錐角零件坯料示意圖；
圖3為本發明實施例的小錐角零件旋壓成形示意圖；
圖4為本發明實施例的小錐角零件旋壓芯軸示意圖；
圖5為本發明實施例的小錐角零件旋輪示意圖；
圖6為本發明實施例的小錐角零件尾頂盤示意圖；
圖7為本發明實施例的小錐角零件退料盤示意圖。
圖3中：1、旋壓芯軸；2、旋輪；3、尾頂盤；4、退料盤；5、坯料。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明作進一步說明。
實施例：
本實施例以某小錐角零件製造方法為例，詳細闡述採用旋壓工藝獲得該類零件的核心技術問題。本實施例目標產品材質為5A06，結構尺寸如圖1所示，其中壁厚要求δ＝2.5±0.05mm，強度要求σs≥309Mpa、σb≥417MPa。總體而言，產品精度要求較高，產品強度也遠高於母材抗拉強度315Mpa這一指標。
本實施例確定的加工方案為「機械加工(鍛坯)-旋壓-機械加工(成品)」。其中，採購的鍛坯供貨狀態為5A06-O，原材料標準按GJB2351-1995執行。
對鍛坯機械加工後，獲得旋壓前坯料如圖2所示，該坯料的設計過程為：1)首先，依據冷加工強化規律及經驗數據，確定總體減薄率約45％，進而求得坯料壁厚2)其次，依據剪切旋壓正弦律，求得錐角最終，依據塑性變形體積不變規律，求得坯料淨長度L＝595mm，考慮機加餘量取Lˊ＝630mm；
本實施例小錐角零件旋壓成形模具關鍵部件及結構如圖3所示，包括旋壓芯軸1(其結構如圖4)、旋輪2(其結構如圖5)、尾頂盤3(其結構如圖6)、退料盤4(其結構如圖7)。其中，旋壓芯軸1通過主軸法蘭盤與設備主軸連接，旋輪2通過旋輪軸與旋輪座連接，尾頂盤3通過尾頂安裝套與設備尾頂連接，退料盤4與設備退料油缸連接。本實施例使用的設備為CZX1500/2CNC數控旋壓機，設備採用西門子840D控制系統，通過伺服驅動主軸實現旋壓芯軸1的軸向進給運動及轉動，通過伺服驅動旋輪座實現旋輪2的徑向及軸向進給運動，通過驅動尾座液壓油缸實現尾頂盤3頂緊坯料，通過驅動液壓油缸實現退料盤4對零件退料；
將坯料5裝上旋壓芯軸1後，驅動尾座液壓油缸通過尾頂盤3頂緊坯料5，通過設備工裝，調整旋輪2中心軸與旋壓芯軸1中心軸呈25°夾角；
零件加工過程採用全自動程序控制，通過剪切旋壓的工藝路徑，完成旋壓加工工作。整個步驟均採用旋輪2完成，旋輪尺寸如圖5所示，旋壓加工過程中設備轉速為100r/min，旋輪進給速度為80mm/min。成形後零件壁厚2.5±0.1mm，圓截面直徑公差≤0.4mm；
下料時，驅動液壓退料油缸，通過退料盤4推動零件完成退料；
最終根據圖紙要求，利用車床僅對零件兩端進行機械加工，獲得合格產品。
本發明未公開技術屬本領域技術人員公知常識。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。